浙江某城鎮污水處理廠一級A提標改造后運行優化分析

沈曉佳，陳雪祥,，徐一蘭，沈英杰

(1. 海寧首創水務有限責任公司，浙江海寧 314400；2. 海寧市水務投資集團有限公司，浙江海寧 314400)

截至2017年底，全國城鎮累計建成運行污水處理廠已達4 100多座，污水處理能力達到1.82億m3/d[1]，其中，有很大一部分污水處理廠是從《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中的二級或一級B標準提標改造至一級A標準。2018年開始，浙江省城鎮污水處理廠均按照一級A標準進行評價，部分提標改造的污水處理廠出水穩定達到一級A排放標準還存在一定困難，主要的超標因子有SS、糞大腸菌群數、NH3-N、TP、TN等[2]。同時，污水處理廠一級A提標改造后，運行成本的大幅上升也對污水處理廠的可持續發展形成制約。提標改造后的污水處理廠運行和水質達標管理有其自身特點，本文以浙江省某城鎮污水處理廠一級A提標改造項目為例，對其運行過程中制約出水穩定達標的相關工藝控制參數進行分析，并提出相應優化措施，以期為相關提標改造城鎮污水處理項目的優化運行提供參考。

1 工程概況

浙江某城鎮污水處理廠設計規模為15×104m3/d，分為一、二期和三期工程2個系統。一、二期工程設計規模為10×104m3/d，主體采用SBR工藝；三期工程設計規模為5.0×104m3/d，主體采用AAO工藝。整個工程主要的構筑物有曝氣沉砂池、初沉池、水解酸化池、SBR池、AAO生化池、二沉池、終沉池、紫外消毒池、反硝化濾池、次氯酸鈉消毒池、污泥濃縮池、污泥脫水機間、風機房、加藥房、配電間及輔助建筑物等。一級A提標改造工程通過在原來紫外消毒池后增加深床反硝化濾池和次氯酸鈉消毒池，于2017年6月開始執行一級A標準，污水處理工藝流程如圖1所示。該工程生活污水和工業廢水進水比例為55∶45，其中，工業廢水主要為印染、制革和食品加工等廢水，設計進出水水質標準如表1所示。

圖1 污水處理工藝流程圖Fig.1 Flow Chart of Wastewater Treatment Process

表1 設計進水水質與排放標準要求Tab.1 Requirement of Influent and Effluent

2 工藝優化分析

2.1 進出水水質分析

該工程一級A提標改造后，近3年進出水水質情況如表2所示。從進水看，進水極值波動較大，存在水質沖擊情況。從進水均值看，進水水質情況基本符合設計要求，其中，進水B/C為0.43，可生化性尚可；BOD5/TN為4.6，BOD5/TP為38.6，進水中脫氮除磷碳源相對充足。從去除率看，除TN外，其余指標都達到90%以上，TN指標也已基本達到SBR和AAO工藝設計去除率的上限。總的來說，整個系統的進水水質結構較為合理，系統運行高效，污染物去除率高。

2.2 活性污泥濃度控制

該工程一、二、三期均按照一級B級標準進行設計建造，其中，一、二期SBR工藝設計污泥濃度為4 g/L，三期AAO工藝設計污泥濃度為3.5 g/L。然而從一級B提標至一級A后，各污染物指標去除率都有所提高，需更高的生物反應速率來提高生化反應效率。根據一級A運行要求，對生化池活性污泥濃度進行適當提高，并根據水溫進行動態調整。由圖2可知，根據水溫變化，活性污泥濃度控制可分3個階段，水溫為10～20 ℃，活性污泥濃度控制在5.5～6.5 g/L；水溫為20～28 ℃，活性污泥濃度控制在5～5.5 g/L；水溫為28～35 ℃，活性污泥濃度控制在4.5～5 g/L。在冬季生化池水溫較低時，整個活性污泥系統微生物活性下降，需更多微生物數量來提高生化反應速率；而在夏季水溫較高時，活性污泥系統微生物活性較強，可以適當降低活性污泥濃度，從而降低微生物系統內源呼吸強度，在一定程度上避免污泥老化、細碎。

表2 近3年進出水水質情況Tab.2 Influent and Effluent Quality during the Last Three Years

圖2 活性污泥濃度和水溫的變化關系Fig.2 Relation of Sludge Concentration and Water Temperature

2.3 溶解氧控制

溶解氧作為生化反應控制的重要指標之一，對污水中污染物的去除至關重要。在一級A排放標準運行過程中，根據水溫變化來動態調整DO參數(圖3)。水溫為10～20 ℃，SBR工藝曝氣末期控制在3～5 mg/L，AAO工藝好氧池末端DO控制在1～3 mg/L；水溫為20～35 ℃，SBR工藝曝氣末期控制在1～3 mg/L，AAO工藝好氧池末端DO控制在0.5～1 mg/L。這樣的DO控制有利于平衡COD、NH3-N、TP與TN的去除，使兩者去除效率都保持在較高水平。在此過程中，需注意整個生化池DO平衡分布情況，保證監測點DO參數應能代表整個生化池的運行狀態，還應注意曝氣系統氧氣傳遞效率。隨著曝氣系統在運行過程中逐漸老化或個別曝氣裝置損壞，導致氧氣傳遞效率逐步下降、曝氣不均的情況出現，會影響整個系統的生化處理效率，也會對運行成本帶來不利影響。

圖3 DO和水溫的變化關系Fig.3 Relation of DO and Water Temperature

2.4 TN去除及碳源投加控制

TN去除需碳源作為電子供體參與反應，因此，在反硝化脫氮反應過程中碳源必不可少。工藝控制上主要以利用內部碳源為主、投加外部碳源為輔的原則。提高內部碳源利用率的調控措施主要有：控制曝氣末期或好氧末端較低的溶氧值、提高內回流比[3]、回流硝化混合液進行水解產碳源等方式[4]。如表3 所示，TN去除率與水溫成正相關，水溫的升高有利于脫氮微生物提高反應速率，而在水溫較低時，需更高的C/N來推動生化反應來維持相應的反應速率，從而保證TN去除率。由表3可知，不管是否投加碳源，由于SBR和AAO工藝特點，TN去除率在65%～75%，這樣的TN去除率可以穩定運行達到一級A標準。但隨著出水水質標準的不斷提高，75%左右的TN去除率無法保證更高標準穩定達標時，需增加新的工藝措施來提高TN去除率。如在原有工藝后面增加后缺氧段(深床反硝化濾池)或者采用多級AO工藝來提高系統整體的TN去除率。從經濟運行角度考慮，后缺氧段主要依靠外加碳源來支持運行，成本較大，因此，多級AO工藝可能適合更高的排放標準。

表3 水溫對TN去除率的影響Tab.3 Effect of Water Temperature on TN Removal Rate

2.5 TP去除控制

TP去除包括生物除磷和化學除磷2種工藝，工藝控制上主要以生物除磷為主、化學除磷為輔。生物除磷的主要原則是控制厭氧區的碳源和硝酸鹽濃度、好氧區供氧量及剩余污泥的排放情況等[5]。強化生物除磷的措施有：通過硝化混合液多點回流至進水端增強部分活性污泥釋磷效果[6]，提高厭氧區碳源及降低硝酸鹽濃度來增強釋磷生物反應速率，合理控制好氧區溶解氧，加強剩余污泥排放等。如圖4 所示，TP去除與水溫成負相關，水溫降低時，除磷效果好；水溫升高時，除磷效果相對較差，這正好與TN去除情況相反。可能的原因是脫氮和除磷微生物在整個系統中存在競爭關系。水溫高時，脫氮微生物菌群相對活躍，在整個微生物生態中占據主導地位；而水溫較低時，除磷微生物相對活躍，在整個微生物生態中占據主導地位。因此，根據生物除磷特點，可以動態調整化學除磷藥劑投加量，達到經濟運行的目的。

圖4 水溫對TP去除率的影響Fig.4 Effect of Water Temperature on TP Removal Rate

3 運行成本分析

該工程運行的主要費用包括電費、藥劑費和人工費3部分。根據近3年運行情況統計分析，電費為0.271 1元/m3； 聚合氯化鋁、聚丙烯酰胺、次氯酸鈉、乙酸鈉藥劑費分別為0.045 7、0.009 9、0.017 5、0.020 3元/m3，共計0.093 4元/m3；人工費為0.102 8元/m3，總計單位直接運行成本為0.467 3元/m3。

4 結論

一級A提標改造后，工藝運行上通過進水水質分析，利用項目進水水質特征對水溫、活性污泥濃度、溶解氧、回流方式和碳源投加等工藝控制參數進行優化，可以進一步挖掘系統內在潛力。近3年的運行數據表明，出水各項指標去除率都達到了較高水平，單位直接運行成本為0.467 3元/m3，說明利用以內部生物處理為主、外部化學投加為輔的工藝控制理念，可以為污水處理項目帶來較好的環境和經濟效益。